JP2009157210A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】入射側偏光板に加わる光束の負荷を低減して温度上昇を抑制し、光学特性の劣化を抑えて長寿命化を図るプロジェクタを提供する。
【解決手段】プロジェクタは、光源から射出された光束を、偏光方向が互いに直交する第１の直線偏光光と第２の直線偏光光とに分離し、第１の直線偏光光を有する偏光光に揃えて射出する偏光変換素子２２３と、偏光変換素子２２３から射出された第１の直線偏光光を透過し、第２の直線偏光光を吸収する入射側偏光板２５２と、入射側偏光板２５２を透過した偏光光を画像情報に応じて変調する光変調装置とを備える。偏光変換素子２２３と入射側偏光板２５２との間には、第１の直線偏光光を透過し、第２の直線偏光光を吸収する吸収型偏光子で構成された偏光子２２４が配置されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、偏光変換素子を備えたプロジェクタに関する。

従来、光源から射出された光束を光変調装置により画像情報に応じて変調し、変調された画像光を前方側に配置されたスクリーン等に投射するプロジェクタが知られている。
このプロジェクタには、ランダムな偏光方向を有する光束を特定の直線偏光光に揃える偏光変換素子と、特定の直線偏光光のみを透過させる入射側偏光板と、入射側偏光板を透過した光束を変調する光変調装置としての液晶パネルとが備えられている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の技術では、偏光変換素子は、光源から射出された光束を２種類の直線偏光光（Ｓ偏光光、Ｐ偏光光）に分離し、分離した２種類の直線偏光光を略１種類の直線偏光光（Ｓ偏光光）に揃えて射出する。入射側偏光板には、偏光変換素子で揃えられた略１種類の直線偏光光が入射する。入射側偏光板は、その１種類の直線偏光光を透過し、それ以外の偏光光を吸収して液晶パネルに射出する。

特開２００７−２４９１８４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、偏光変換素子は、全ての光束を１種類の直線偏光光（Ｓ偏光光）に揃えて射出することができず、その他の直線偏光光（Ｐ偏光光）を僅かに射出することが考えられる。この僅かに射出されたＰ偏光光は、入射側偏光板で吸収され、入射側偏光板を発熱させて熱劣化させる恐れがある。

本発明の目的は、入射側偏光板に加わる光束の負荷を低減して温度上昇を抑制し、光学特性の劣化を抑えて長寿命化を図るプロジェクタを提供することにある。

本発明のプロジェクタは、光源から射出された光束を、偏光方向が互いに直交する第１の直線偏光光と第２の直線偏光光とに分離し、前記第１の直線偏光光を有する偏光光に揃えて射出する偏光変換素子と、前記偏光変換素子から射出された第１の直線偏光光に対応する偏光光を透過し、前記偏光変換素子で揃えられずに射出された第２の直線偏光光に対応する偏光光を吸収する入射側偏光板と、前記入射側偏光板を透過した偏光光を画像情報に応じて変調する光変調装置とを備えたプロジェクタであって、前記偏光変換素子と前記入射側偏光板との間の光路上には、前記第１の直線偏光光を透過し、前記第２の直線偏光光を吸収する吸収型偏光子、または、前記第１の直線偏光光および前記第２の直線偏光光のいずれか一方を透過し、他方を反射して前記第１の直線偏光光を前記入射側偏光板に向けて射出する反射型偏光子で構成された偏光子が配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、偏光子は、光路上において、偏光変換素子と入射側偏光板との間に配置されている。偏光子は、第２の直線偏光光を吸収する吸収型偏光子、または、第１あるいは第２の直線偏光光を反射する反射型偏光子で構成されている。
偏光子が吸収型偏光子で構成されている場合には、偏光変換素子から射出された第２の直線偏光光を吸収して入射側偏光板に射出される第２の直線偏光光の光量を減少させることができる。
偏光子が第１の直線偏光光を反射する反射型偏光子の場合には、偏光変換素子から射出された第１の直線偏光光のみを入射側偏光板に向けて反射することができる。
偏光子が第２の直線偏光光を反射する反射型偏光子の場合には、偏光変換素子から射出された第２の直線偏光光を反射して入射側偏光板に射出される第２の直線偏光光の光量を減少させることができる。
このように、偏光子は、偏光変換素子から射出された第２の直線偏光光の光量を減少させて入射側偏光板に向けて射出することができる。このため、入射側偏光板に吸収される光量が減り、入射側偏光板は、発熱が低減されて光学特性の劣化が抑制され、プロジェクタの長寿命化を図ることが可能となる。

このプロジェクタにおいて、前記偏光変換素子から射出された光束を複数の色光に分離する色分離光学装置を備え、前記入射側偏光板および前記光変調装置は、前記複数の色光に対応して複数設けられ、前記偏光子は、前記偏光変換素子と前記色分離光学装置との間の光路上に配置されていることが好ましい。

本発明によれば、偏光子は、光路上において、偏光変換素子と色分離光学装置との間に配置されている。偏光子が色分離光学装置の後に配置される場合には、偏光子は、各色光に対応して複数で構成する必要がある。これに対して本発明の偏光子は、色分離光学装置によって複数の色光に分離される前の光路上に配置されているので、１つで、簡略な構成で配置されることが可能となる。

このプロジェクタにおいて、前記偏光子は、前記吸収型偏光子で構成され、前記第１の直線偏光光の透過率をＴｈｓ、前記第２の直線偏光光の透過率をＴｈｐとした場合に、Ｔｈｓ≧９５％でかつＴｈｐ≧５０％の特性を有していることが好ましい。

本発明によれば、偏光子は、偏光変換素子から射出された第１の直線偏光光を９５％以上透過するので、適切な光量を入射側偏光板に射出して、投射画像の輝度を確保することができる。また、偏光子は、偏光変換素子から射出された第２の直線偏光光を５０％以上透過するので、入射側偏光板とで分散して第２の直線偏光光を吸収する。これによって、偏光子および入射側偏光板の発熱温度がバランスよく低減されてプロジェクタの長寿命化が図れる。

このプロジェクタにおいて、前記偏光子は、前記第１の直線偏光光を透過し、前記第２の直線偏光光を反射する反射型偏光子で構成され、前記第１の直線偏光光の透過率をＴｒｓ、前記第２の直線偏光光の透過率をＴｒｐとした場合に、Ｔｒｓ≧９３％でかつ、Ｔｒｐ≧５％の特性を有していることが好ましい。

本発明によれば、偏光子は、偏光変換素子から射出された第２の直線偏光光を反射する反射型偏光子で構成されているので、吸収型偏光子に比べて透過率を下げても吸収する光量が少なく、コントラストの高い偏光子を選択することが可能となる。これにより、入射側偏光板の発熱温度をさらに低く抑えることが可能となる。また、偏光子は、偏光変換素子から射出された第１の直線偏光光を９３％以上透過し、第２の直線偏光光を５％以上透過する素子を選択すれば、偏光子および入射側偏光板の発熱温度がバランスよく低減されてプロジェクタの長寿命化が図れる。

［第１実施形態］
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔プロジェクタの主な構成〕
図１は、第１実施形態におけるプロジェクタの概略構成を模式的に示す平面図である。
プロジェクタは、光源から射出される光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成し、この画像光をスクリーン等に拡大投射する。
図１に示すように、プロジェクタ１は、光学ユニット２、投射光学装置としての投射レンズ３、これらの機器本体を収納し外装を構成する筐体１０等を備える。
なお、図１において、具体的な図示は省略したが、筐体１０内において、光学ユニット２および投射レンズ３以外の空間には、プロジェクタ１内部の各構成部材を冷却する冷却ファン等を備えた冷却ユニット、プロジェクタ１内部の各構成部材に電力を供給する電源ユニット、およびプロジェクタ１内部の各構成部材を制御する制御装置等が配置されるものとする。

光学ユニット２は、制御装置による制御の下、光源２１１から射出された光束を光学的に処理して画像情報に対応した画像光を形成するユニットである。光学ユニット２は、光源装置２１と、照明光学装置２２と、色分離光学装置２３と、リレー光学装置２４と、光学装置２５と、これら各光学部品２１〜２５を所定位置に配置する光学部品用筐体２６とを備える。

光源装置２１は、光源２１１およびリフレクタ２１２等を備える。そして、光源装置２１は、光源２１１から射出された光束がリフレクタ２１２によって射出方向が揃えられ、照明光学装置２２に向けて光束を射出する。

照明光学装置２２は、第１レンズアレイ２２１、第２レンズアレイ２２２、偏光変換素子２２３、偏光子２２４および重畳レンズ２２５を備える。そして、光源装置２１から射出された光束は、第１レンズアレイ２２１によって複数の部分光束に分割され、第２レンズアレイ２２２の近傍で結像する。第２レンズアレイ２２２から射出された各部分光束は、その中心軸（主光線）が偏光変換素子２２３の入射面に垂直となるように入射する。偏光変換素子２２３に入射した光束は、特定の偏光方向である第１の直線偏光光を有する偏光光に揃えられて射出される。偏光変換素子２２３から射出された偏光光は、偏光子２２４にて、第１の直線偏光光が透過し、第１の直線偏光光に直交する第２の直線偏光光が吸収される。偏光子２２４から射出され、重畳レンズ２２５を介した複数の部分光束は、光学装置２５の後述する３つの液晶パネル２５１上で重畳する。
なお、偏光変換素子２２３および偏光子２２４の構成については、後で詳細に説明する。

色分離光学装置２３は、２枚のダイクロイックミラー２３１，２３２、および反射ミラー２３３を備え、照明光学装置２２から射出された複数の部分光束を赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有する。
リレー光学装置２４は、入射側レンズ２４１、リレーレンズ２４３、および反射ミラー２４２，２４４を備え、色分離光学装置２３で分離された色光、例えば、青色光を光学装置２５の後述する青色光側の液晶パネル２５１Ｂまで導く機能を有する。

光学装置２５は、入射した光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成するものである。この光学装置２５は、図１に示すように、３つの光変調装置としての液晶パネル２５１（赤色光側の液晶パネルを２５１Ｒ、緑色光側の液晶パネルを２５１Ｇ、青色光側の液晶パネルを２５１Ｂとする）と、各液晶パネル２５１の光路前段側に配置される入射側偏光板２５２と、各液晶パネル２５１の光路後段側に配置される射出側偏光板２５３と、色合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズム２５４とを備える。

３つの入射側偏光板２５２は、色分離光学装置２３で分離された各光束のうち、第１の直線偏光光のみを透過させ、第２の直線偏光光を吸収するものであり、透光性基板上に偏光膜が貼付されて構成されている。
３つの液晶パネル２５１は、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶が密閉封入された構成を有し、前記制御装置からの駆動信号に応じて、前記液晶の配向状態が制御され、入射側偏光板２５２から射出された偏光光の偏光方向を変調する。
３つの射出側偏光板２５３は、入射側偏光板２５２と略同様の機能を有し、液晶パネル２５１を介して射出された光束のうち、一定方向の偏光光を透過し、その他の光束を吸収する。

クロスダイクロイックプリズム２５４は、射出側偏光板２５３から射出された色光毎に変調された各色光を合成して画像光を形成する。このクロスダイクロイックプリズム２５４は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、２つの誘電体多層膜が形成されている。これら誘電体多層膜は、液晶パネル２５１Ｇから射出され射出側偏光板２５３を介した色光を透過し、液晶パネル２５１Ｒ，２５１Ｂから射出され射出側偏光板２５３を介した各色光を反射する。このようにして、各色光が合成されて画像光が形成される。

投射レンズ３は、複数のレンズを組み合わせた組レンズとして構成され、光学ユニット２にて形成された画像光をスクリーン上に拡大投射する。

〔偏光変換素子および偏光子の構成〕
偏光変換素子２２３および偏光子２２４の構成について詳細に説明する。
図２は、偏光変換素子２２３の断面図である。
図２に示すように、偏光変換素子２２３は、偏光ビームスプリッタ２２３１とλ／２板２２３２とを備えている。
偏光ビームスプリッタ２２３１は、断面が平行四辺形の柱状の透光性部材が複数張合わされた形状を有している。界面には、偏光分離膜２２３１ａと反射膜２２３１ｂとが交互に設けられている。偏光分離膜２２３１ａは、第１の直線偏光光としてのＳ偏光光を反射し、第２の直線偏光光としてのＰ偏光光を透過する。反射膜２２３１ｂは、Ｓ偏光光を反射する。
λ／２板２２３２は、有機の延伸フィルムを有して構成されている。λ／２板２２３２は、偏光ビームスプリッタ２２３１の射出側に、光束が偏光分離膜２２３１ａを通過する部位に接着などによって固定されている。λ／２板２２３２は、直線偏光光の偏光方向を変える機能を有し、Ｓ偏光光をＰ偏光光に、Ｐ偏光光をＳ偏光光にそれぞれ変換する。

偏光ビームスプリッタ２２３１に入射した光束は、偏光分離膜２２３１ａにて、Ｓ偏光光が反射され、Ｐ偏光光が透過して２つの直線偏光光に分離される。偏光分離膜２２３１ａにて分離されたＳ偏光は、反射膜２２３１ｂにて反射して偏光ビームスプリッタ２２３１から射出される。一方、偏光分離膜２２３１ａを透過したＰ偏光は、偏光ビームスプリッタ２２３１を透過してλ／２板２２３２に入射する。λ／２板２２３２に入射したＰ偏光光は、λ／２板２２３２にて、Ｓ偏光光に変換されて射出される。
このように、偏光変換素子２２３は、入射した光束を、Ｓ偏光光を有する偏光光に揃えて射出する。

偏光子２２４は、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を主成分とするＰＶＡ系フィルムに二色性の高い直接染料を拡散吸着させた後、一方向に延伸したＰＶＡ・染料系偏光フィルムと、セルローストリアセテート（ＴＡＣ）シートとが積層された構成を有している。そして、偏光子２２４は、特定の偏光方向の直線偏光光（透過偏光光）を透過し、その特定の偏光方向の直線偏光光に略直交する方向の直線偏光光（吸収偏光光）を吸収する。

偏光子２２４は、染料の濃度を変更することによって、透過偏光光の透過率、および吸収偏光光の吸収率すなわち透過率が変わる。また、透過偏光光の透過率と吸収偏光光の透過率とは、お互いに相関がある。
図３は、一般的な偏光子の透過偏光光の透過率と、吸収偏光光の透過率との関係を示すグラフであり、横軸は透過偏光光の透過率（Ｔｈｓ）を示し、縦軸は吸収偏光光の透過率（Ｔｈｐ）を示す。
図３に示すように、透過偏光光の透過率が上がると吸収偏光光の透過率も上がる。
本実施形態の偏光子２２４は、Ｔｈｓ＝９５％、Ｔｈｐ＝５０％の偏光子を採用している。

次に、偏光変換素子２２３および偏光子２２４によって第２レンズアレイ２２２から射出された光束が変換される様子について詳細に説明する。
図４は、偏光変換素子２２３から入射側偏光板２５２までの偏光光の状態を示す模式図である。
偏光子２２４は、偏光変換素子２２３の射出側に、偏光変換素子２２３から射出されたＳ偏光光が透過偏光光として入射するように配置されている。つまり、偏光子２２４は、第１の直線偏光光を透過し、第２の直線偏光光を吸収するように配置されている。したがって、透過偏光光の透過率（Ｔｈｓ）は、第１の直線偏光光の透過率、吸収偏光光の透過率（Ｔｈｐ）は、第２の直線偏光光の透過率をそれぞれ示す。
図４に示すように、第２レンズアレイ２２２から射出された光束Ｌは、偏光変換素子２２３、偏光子２２４を経て、入射側偏光板２５２に入射する。なお、図４は、偏光子２２４と入射側偏光板２５２との間の光学部品が省略されており、入射側偏光板２５２は、１つの色光に対応して配置された１つのみを示す。

図４に示すように、光束Ｌは、ランダムな偏光方向を有する光束である。
光束Ｌは、前述したように、偏光変換素子２２３にて、Ｓ偏光光を有する偏光光に揃えられて射出される。偏光変換素子２２３は、光束Ｌ全てをＳ偏光光に揃えて射出することができず、僅かにＰ偏光光も射出する。そして、偏光変換素子２２３からは、Ｓ偏光光である偏光光Ｓ１１と、Ｐ偏光光である偏光光Ｐ１１とが射出される。

偏光変換素子２２３から射出された光束は、偏光子２２４にて、偏光光Ｓ１１が９５％、偏光光Ｐ１１が５０％、それぞれが透過して偏光光Ｓ１２，Ｐ１２として射出される。
偏光子２２４には、透過しなかった偏光光Ｓ１１の５％、偏光光Ｐ１１の５０％が吸収される。

偏光子２２４から射出された偏光光Ｓ１２，Ｐ１２は、色分離光学装置２３にて、３色に分離されて各入射側偏光板２５２に入射する。１つの入射側偏光板２５２には、偏光光Ｓ１２，Ｐ１２がそれぞれ略１／３の光量の偏光光Ｓ１３，Ｐ１３となって入射する。
入射側偏光板２５２に入射した光束のうち、偏光光Ｓ１３は透過して液晶パネル２５１に射出され、偏光光Ｐ１３は吸収される。しかし、全ての偏光光Ｓ１３は透過せず、一部は入射側偏光板２５２に吸収される。また、全ての偏光光Ｐ１３は吸収されず、一部は透過する。そして、偏光光Ｓ１３，Ｐ１３は、それぞれ偏光光Ｓ１４，Ｐ１４として射出される。
このように、偏光子２２４および入射側偏光板２５２は、Ｓ偏光光およびＰ偏光光の一部を吸収することによって発熱する。

〔偏光子および入射側偏光板の発熱温度の近似〕
先ず、入射側偏光板２５２の発熱温度について説明する。
各入射側偏光板２５２が光束を吸収することによる発熱は、次のように近似される。
本発明の偏光子２２４が配置されない場合には、各入射側偏光板２５２に吸収される光束の吸収率（入射側偏光板吸収率、以下式において「Ｋｎ」で示す）は、以下の式（１）の通りである。
なお、偏光変換素子２２３から射出される光束の内、Ｓ偏光光の割合をＳ、Ｐ偏光光の割合をＰとし、入射側偏光板のＳ偏光光の透過率をＴｎｓとし、入射側偏光板のＰ偏光光の透過率をＴｎｐとする。

〔数１〕
Ｋｎ＝Ｓ×（１−Ｔｎｓ）／３＋Ｐ×（１−Ｔｎｐ）／３・・・（１）

一方、本発明の偏光子２２４を配置した場合の各入射側偏光板２５２に吸収される光束の吸収率（Ｋｎ）は、以下の式（２）の通りである。

〔数２〕
Ｋｎ＝Ｓ×Ｔｈｓ×（１−Ｔｎｓ）／３＋Ｐ×Ｔｈｐ×（１−Ｔｎｐ）／３・・・（２）

式（１）、（２）を比較すると、Ｔｈｓ＜１、Ｔｈｐ＜１なので明らかに、偏光子２２４を配置した場合の光束の吸収率（Ｋｎ）の方が配置しない場合より小さくなる。つまり、入射側偏光板２５２は、偏光子２２４を配置した方がしない場合より、吸収される光量が小さく、発熱温度も低くなる。

具体的に、本実施形態で採用している偏光子２２４を用いて、数値で比較する。
偏光変換素子２２３が一般的な偏光変換素子とし、入射側偏光板２５２が一般的な入射側偏光板として、Ｓ＝９５％、Ｐ＝５％、Ｔｎｓ＝９０％，Ｔｎｐ＝０．０５％を採用する。
偏光子２２４を配置しない場合の入射側偏光板吸収率（Ｋｎ）は、式（１）から、約５％となる。
入射側偏光板２５２の発熱温度は、温度測定結果から、約５０℃である。つまり、約５％の光束の吸収は、約５０℃の発熱温度に相当する。すなわち、約１％の光束の吸収率は、約１０℃の発熱温度に相当する。
一方、偏光子２２４を配置した場合、前述したように、Ｔｈｓ＝９５％，Ｔｈｐ＝５０％なので、入射側偏光板吸収率（Ｋｎ）は、式（２）から、約３．８％となる。
入射側偏光板吸収率（Ｋｎ）が約３．８％ということは、前述した光束の吸収率と発熱温度との相関から、入射側偏光板２５２の発熱温度は、約３８℃に相当する。この発熱温度は、偏光子２２４を追加しない場合の発熱温度約５０℃に比べて、約１２℃低くなっており、熱の負荷が軽減される。

次に、偏光子２２４の発熱温度について説明する。
偏光子２２４に吸収される光束の吸収率（偏光子吸収率、以下式において「Ｋｈ」で示す）は、以下の式（３）の通りである。

〔数３〕
Ｋｈ＝Ｓ×（１−Ｔｈｓ）＋Ｐ×（１−Ｔｈｐ）・・・（３）

式（３）から偏光子吸収率（Ｋｈ）は、約７．３％となる。
偏光子吸収率（Ｋｈ）が７．３％ということは、前述した相関から、偏光子２２４の発熱温度は、約７３℃に相当する。この発熱温度は、２０℃環境においては、約９３℃に相当する温度であり、偏光子２２４の耐熱温度に近い温度である。
なお、偏光子２２４の耐熱温度は約１００℃であり、この温度を超えると偏光光の透過、吸収の特性が低下し、画像品質を劣化させる。
さらに、Ｔｈｓ＞９５％の範囲内においては、図３からＴｈｐ＞５０％となるので、式（３）からＫｈは、７．３％以下となる。このため、偏光子２２４の発熱温度は、約７３℃以下に相当し、偏光子２２４をさらに低い温度で使用することができる。

一方、本発明とは異なる透過率の偏光子２２４を用いた場合の偏光子２２４の発熱温度について説明する。
例えばＴｈｓ＝９４％の偏光子２２４を用いた場合には、図３からＴｈｐ≒２３％である。
式（３）から偏光子吸収率（Ｋｈ）は、約９．６％となる。この吸収率は、発熱温度に換算すると約９６℃で、２０℃環境においては、約１１６℃となってこの偏光子２２４の耐熱温度を超えてしまう。さらに、Ｔｈｓが低い場合には、Ｔｈｐも低いため、式（３）からＫｈは９．６％を上回り、さらに偏光子２２４の耐熱温度を超える。
以上のことから、偏光子２２４は、Ｔｈｓ≧９５％、Ｔｈｐ≧５０％の範囲内において、耐熱温度以下で使用されることができる。

以上説明したように、本実施形態のプロジェクタ１によれば、以下の効果を得ることができる。
偏光子２２４は、光路上において、偏光変換素子２２３と入射側偏光板２５２との間に配置されている。偏光子２２４は、偏光変換素子２２３から射出されたＰ偏光光を吸収する。これによって、入射側偏光板２５２には、偏光変換素子２２３から射出されたＰ偏光光が入射する光量が減少する。このため、入射側偏光板２５２に吸収される光量が減り、入射側偏光板２５２は、発熱が低減されて光学特性の劣化が抑制される。したがって、投射画像の画質を安定に確保することができ、長寿命化を図ることが可能となる。

偏光子２２４は、色分離光学装置２３によって複数の色光に分離される前の光路上に配置されているので、１つで、簡略な構成で配置されることが可能となる。

偏光子２２４は、偏光変換素子２２３から射出されたＳ偏光光を９５％以上透過するので、適切な光量を入射側偏光板２５２に射出して、投射画像の輝度を確保することができる。また、偏光子２２４は、偏光変換素子２２３から射出されたＰ偏光光を５０％以上透過するので、入射側偏光板２５２とで分散してＰ偏光光を吸収する。これによって、偏光子２２４および入射側偏光板２５２の発熱温度がバランスよく低減されてプロジェクタ１の長寿命化が図れる。

偏光子２２４は、入射側偏光板２５２だけでは吸収できなかった不要な偏光成分を吸収するので、投射画像の高コントラスト化を図ることができる。

偏光変換素子２２３は、長期使用によってλ／２板２２３２や、偏光ビームスプリッタ２２３１とλ／２板２２３２との固定等が劣化し、偏光光を変換する機能が低下して不要な偏光成分が徐々に増加する。
偏光子２２４は、この不要な偏光成分を吸収するので、長期に亘って投射画像のコントラストを確保することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
以下の説明では、第１実施形態と同様の構造および同一部材には同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。
本実施形態は、第１実施形態に対して偏光子２２４が異なる。

本実施形態の偏光子２２４は、Ｓ偏光光を透過し、Ｐ偏光光を反射する反射型偏光子で構成されている。
この偏光子２２４は、ガラス基板の表面にアルミニウム等の微細な線状リブが多数平行に形成されている。そして、偏光子２２４は、線状リブが延出している方向に、垂直な偏光方向の直線偏光光（垂直偏光光）は透過し、平行な偏光方向の直線偏光光（平行偏光光）は反射する機能を有している。また、偏光子２２４は、平行偏光光の全てを反射することができず、その一部を透過する。偏光子２２４は、線状リブの厚み等を変更することによって、垂直偏光光および平行偏光光の透過率が変わる。垂直偏光光の透過率（Ｔｒｓ）と平行偏光光の透過率（Ｔｒｐ）とは、第１実施形態の偏光子２２４と略同様の相関がある（図３参照）。
本実施形態の偏光子２２４は、Ｔｒｓ＝９３％、Ｔｒｐ＝５％の反射型偏光子を採用している。

図５は、第１実施形態の図４と同様に、偏光変換素子２２３から入射側偏光板２５２までの偏光光の状態を示す模式図である。
偏光子２２４は、偏光変換素子２２３の射出側に、偏光変換素子２２３から射出されたＳ偏光光が垂直偏光光として入射するように配置されている。つまり、偏光子２２４は、第１の直線偏光光を透過し、第２の直線偏光光を反射するように配置されている。したがって、垂直偏光光の透過率（Ｔｒｓ）は、第１の直線偏光光の透過率、平行偏光光の透過率（Ｔｒｐ）は、第２の直線偏光光の透過率をそれぞれ示す。

偏光変換素子２２３から射出された光束は、偏光子２２４にて、偏光光Ｓ１１が９３％、偏光光Ｐ１１が５％、それぞれ透過して偏光光Ｓ１２、偏光光Ｐ１２として射出される。偏光光Ｐ１１のほとんどは、偏光子２２４にて反射される（偏光光Ｐ２１）。しかし、全ての偏光光を反射することはできず、材質による限界が存在する。そのため、平行偏光光（Ｐ偏光光）の一部を吸収するが、この吸収率は垂直偏光光（Ｓ偏光）の吸収率とほぼ等しい。
偏光子２２４から射出された光束は、第１実施形態と同様の光路を通って各入射側偏光板２５２に入射する。
入射側偏光板吸収率（Ｋｎ）は、以下の式（４）の通りである。

〔数４〕
Ｋｎ＝Ｓ×Ｔｒｓ×（１−Ｔｎｓ）／３＋Ｐ×Ｔｒｐ×（１−Ｔｎｐ）／３・・・（４）

前述したように、Ｔｒｓ＝９３％、Ｔｒｐ＝５％なので、式（４）から入射側偏光板吸収率（Ｋｎ）は、約３％となる。そして、入射側偏光板２５２の発熱温度は、前述した相関関係から約３０℃となる。この発熱温度は、偏光子２２４を追加しない場合の発熱温度約５０℃に比べて、約２０℃低いため、入射側偏光板２５２に加わる熱の負荷はさらに軽減される。
偏光子吸収率（Ｋｈ）は、以下の式（５）の通りである。

〔数５〕
Ｋｈ＝（Ｓ＋Ｐ）×（１−Ｔｒｓ）・・・（５）

式（５）から偏光子吸収率（Ｋｈ）は、７％となる。
この吸収率は、同様に、約７０℃の発熱温度に相当し、２０℃環境においては、約９０℃になる温度である。偏光子２２４の使用限界に近い温度である。
なお、この偏光子２２４の使用限界温度は約１００℃であり、この温度を超えるとガラス基板の熱歪の影響が顕著になり、偏光光の透過、反射の特性が低下し、画像品質を劣化させる。
さらに、Ｔｒｓ＞９３％の範囲内においては、式（５）からＫｈは、７％以下となるため、偏光子２２４の発熱温度は、約７０℃以下に相当し、偏光子２２４をさらに低い温度で使用することができる。

一方、本発明とは異なる透過率の偏光子２２４を用いた場合、例えばＴｒｓ＝９２％の偏光子２２４の発熱温度は、次のようになる。
式（５）から偏光子吸収率（Ｋｈ）は、約８％となる。この吸収率は、温度上昇に換算すると約８０℃で、２０℃環境においては、約１００℃となる。この温度は、偏光子の耐熱温度と略同じになり、品質を保つための余裕がなくなってしまう。
これらのことから、偏光子２２４は、Ｔｒｓ≧９３％、Ｔｒｐ≧５％の範囲内において、耐熱温度以下で使用することができる。

以上説明したように、本実施形態のプロジェクタ１によれば、以下の効果を得ることができる。
偏光子２２４は、偏光変換素子２２３から射出されたＰ偏光光を反射する反射型偏光子で構成されているので、吸収型偏光子に比べて透過率を下げても吸収する光量が少なく、入射側偏光板２５２の発熱温度をさらに低く抑えることが可能となる。また、偏光子２２４は、偏光変換素子２２３から射出されたＳ偏光光を９３％以上透過し、Ｐ偏光光を５％以上透過するので、コントラスト（Ｔｒｓ／Ｔｒｐ）の高い偏光子２２４を選択することが可能となる。

〔実施形態の変形〕
本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態の偏光子２２４は、偏光変換素子２２３と重畳レンズ２２５との間に配置されているが、この位置に限らない。例えば、偏光変換素子２２３の射出側に取り付けられていてもよいし、ダイクロイックミラー２３１の入射側の面に取り付けられていてもよい。偏光子２２４は、光路上において、偏光変換素子２２３と入射側偏光板２５２との間に配置されていればよい。なお、偏光子２２４を偏光変換素子２２３の射出側に取り付ける場合には、偏光子２２４から伝達される熱による劣化を防止するために、λ／２板２２３２として水晶等の無機材料にて形成することが好ましい。

前記実施形態の反射型偏光子は、Ｐ偏光光を反射し、Ｓ偏光光を透過して入射側偏光板に向けて射出するように構成しているが、Ｐ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射して入射側偏光板に向けて射出するように構成してもよい。

偏光子２２４と入射側偏光板２５２との間にλ／２板等の位相差板を配置するように構成してもよい。例えば、緑色光の入射側偏光板２５２の入射側にλ／２板を配置し、緑色光の入射側偏光板２５２をＰ偏光光、つまり、偏光変換素子２２３から射出されたＳ偏光光に対応する偏光光を透過するように配置する。これによって、緑色光は、クロスダイクロイックプリズム２５４の誘電体多層膜を効率良く透過することができる。

前記実施形態では、Ｓ偏光光を第１の直線偏光光として構成しているが、Ｐ偏光光を第１の直線偏光光として構成してもよい。

偏光子２２４に用いられる偏光フィルムとしては、前述した構成に限らず、例えば、ＰＶＡ系フィルムを一方向に延伸し、ヨウ素を吸着・分散させた偏光フィルム、化学処理を施し二色性を持たせたＰＶＡフィルムを一方向に延伸した偏光フィルム、ＰＶＡ系フィルムに金、銀、銅、水銀、鉄等の金属を吸着させたＰＶＡ・金属系偏光フィルム、ＰＶＡ系フィルムをヨウ化カリとチオ硫酸ソーダを含むホウ酸溶液で処理した近紫外偏光フィルム、および分子内にカチオン基を含有する変成ＰＶＡからなるＰＶＡ系フィルムの表面および内部の少なくとも一方に二色性染料を有する偏光フィルム等を採用してもよい。

また、偏光子２２４には、無機の吸収型偏光板を用いることができる。例えば金、銀、銅、ニッケルなどの金属微粒子をガラス内部または表面で所定の方向に整列させた偏光素子、誘電体を積層させた偏光素子等を採用してもよい。無機の偏光素子は、寿命的な耐熱温度は有機フィルムよりも高いものの、ガラス基材の熱歪の影響から１００℃未満で使用することが望ましい。

本発明は、入射側偏光板に加わる光束の負荷を低減して温度上昇を抑制し、光学特性の劣化を抑えて長寿命化を図っているので、プレゼンテーションや、映画鑑賞等の種々に用いられているプロジェクタに利用することができる。

第１実施形態におけるプロジェクタの概略構成を模式的に示す平面図。 偏光変換素子の断面図。 偏光子の第１の直線偏光光の透過率と第２の直線偏光光の透過率との関係を示すグラフ。 第１実施形態における偏光変換素子から入射側偏光板までの偏光光の状態を示す模式図。 第２実施形態における偏光変換素子から入射側偏光板までの偏光光の状態を示す模式図。

符号の説明

１…プロジェクタ、２３…色分離光学装置、２１１…光源、２２３…偏光変換素子、２２４…偏光子、２５２…入射側偏光板、２５１，２５１Ｒ，２５１Ｂ，２５１Ｇ…液晶パネル。

Claims (4)

1. 光源から射出された光束を、偏光方向が互いに直交する第１の直線偏光光と第２の直線偏光光とに分離し、前記第１の直線偏光光を有する偏光光に揃えて射出する偏光変換素子と、前記偏光変換素子から射出された第１の直線偏光光に対応する偏光光を透過し、前記偏光変換素子で揃えられずに射出された第２の直線偏光光に対応する偏光光を吸収する入射側偏光板と、前記入射側偏光板を透過した偏光光を画像情報に応じて変調する光変調装置とを備えたプロジェクタであって、
   前記偏光変換素子と前記入射側偏光板との間の光路上には、前記第１の直線偏光光を透過し、前記第２の直線偏光光を吸収する吸収型偏光子、または、前記第１の直線偏光光および前記第２の直線偏光光のいずれか一方を透過し、他方を反射して前記第１の直線偏光光を前記入射側偏光板に向けて射出する反射型偏光子で構成された偏光子が配置されていることを特徴とするプロジェクタ。
2. 請求項１に記載のプロジェクタにおいて、
   前記偏光変換素子から射出された光束を複数の色光に分離する色分離光学装置を備え、前記入射側偏光板および前記光変調装置は、前記複数の色光に対応して複数設けられ、
   前記偏光子は、前記偏光変換素子と前記色分離光学装置との間の光路上に配置されていることを特徴とするプロジェクタ。
3. 請求項１または請求項２に記載のプロジェクタにおいて、
   前記偏光子は、前記吸収型偏光子で構成され、前記第１の直線偏光光の透過率をＴｈｓ、前記第２の直線偏光光の透過率をＴｈｐとした場合に、Ｔｈｓ≧９５％でかつＴｈｐ≧５０％の特性を有していることを特徴とするプロジェクタ。
4. 請求項１または請求項２に記載のプロジェクタにおいて、
   前記偏光子は、前記第１の直線偏光光を透過し、前記第２の直線偏光光を反射する反射型偏光子で構成され、前記第１の直線偏光光の透過率をＴｒｓ、前記第２の直線偏光光の透過率をＴｒｐとした場合に、Ｔｒｓ≧９３％でかつ、Ｔｒｐ≧５％の特性を有していることを特徴とするプロジェクタ。

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